热声系统起振机理的初步研究

根据气体密度、粘度和导热系数等物性参数随温度的变化规律 ,在对热声系统中热声转换的关键部件丝网板叠进行合理简化的基础上 ,给出了热声系统起振机理的一种初步解释 ,对进一步完善热声理论具有一定指导意义。

串级热声系统的工作原理、分析及优化 第一部分 串级热声系统的基本原理

高效的热声转换需要创造高阻抗的行波声场 ,为避免闭合回路产生的直流损失 ,可以利用驻波声场的某些特殊性质。通过对几种驻波声场的分析 ,提出了若干可能结构的串级热声发动机或者串级制冷机的工作流程 ,可在实际中工作获得高的热声转换效率 ,同时具有更简单的结构和更高的可靠性。

热声系统混合磁路永磁直线发电机电磁分析

针对热声系统,提出了一种混合磁路永磁直线发电机的设计方案。定子采用旋转电机结构,动子采用纵向横向混合磁路结构,动子轴向往复运动产生感应电动势。有限元法分析结果表明,电机达到常规电机的电磁负荷,且纵向磁场对反电势影响很小。该型发电机结构简单,工艺性好,更适合于热声发电系统应用。

热声系统的工程优化设计

介绍了热声系统无因次化的工程优化设计数学模型 ,描述了热声系统的优化算法。对声驱动的热声制冷机和热声发动机两种典型的热声系统的板叠 ,进行了优化设计计算 ,得到了两系统中热声板叠的性能和效率曲线 ,并对影响热声系统性能或效率的因素进行了分析与讨论 ,优化确定了板叠的结构参数 ,为热声系统的工程优化设计和性能预测提供了一种有效的方法。

热声系统基础实验台模拟

为了方便地研究回热器等热声关键部件在不同声场下的工作性能,寻找部件最优的结构参数及工作条件,提出一种热声基础实验平台.引入双电机实现系统中声场的可控调节,通过理论及数值计算分析系统内部声场的主要调节方式及特性,并对该方案进行初步实验验证.理论分析结果表明负载电机动质量与外接电阻是调节系统声场的主要方式,之后的数值模拟结果表明负载电机动质量对系统性能的影响大于外接电阻.通过数值优化,系统获得的最大净输出声功及热声效率分别为361W与39.1%.最后初步的实验结果表明所提出的实验方案可行,与数值计算趋势一致.

时滞作用下非线性热声系统稳定性分析

本文建立了具有2个自由度的时滞热声系统的动力学模型,采用MATLAB的DDE-BIFTOOL程序包对系统进行动力学仿真,得到系统动力学行为随参数的变化趋势,并利用四阶龙格库塔法进行验证,分析比较各系统参数对时滞热声系统的稳定性的影响。

用于热声系统的多孔型回热器模型

对用于热声系统中的弯曲流道的多孔材料回热器建立了理论模型.该模型将Brinkman-Forchheimer扩展达西方程作为动量方程,并在动量方程与能量方程中保留二次项.推导得到了多孔型回热器的波动速度、总能流、热流和温度差表达式.定义了无量纲参数Sw和达西数,在热声制冷机系统中,分析了不同Sw下波动速度的截面分布和热流随达西数的变化.数值分析了特定工况下回热器冷热端温差,并与Swift经典线性理论、Tasnim理论和实验结果进行对比.结果表明所建模型与实验结果符合得更好,验证了模型的适用性.

热声发电系统最大电能输出阻抗匹配及机械谐振特性分析

为获得热声发电系统最大电能输出和声功捕获,该文以横向磁通永磁直线发电机为例,采用力–电类比法建立热声发电系统等效模型,研究电磁力、次级速度与阻抗之间的关系,推导热声发电系统等效阻尼的表达式,并分析电抗对等效阻尼的影响。在此基础上,基于最大电能输出进行阻抗匹配,并采用相量法分析阻抗匹配对机械谐振条件的影响,推导出谐振弹簧劲度系数表达式。最后,通过直线振荡系统实验平台验证阻抗匹配及弹簧谐振劲度系数理论推导的准确性,为热声发电系统直线发电机的设计提供理论指导。

热声发电系统最大声电效率阻抗匹配分析

为提高热声发电系统的声电转换效率,根据相似理论,结合声学阻抗流源机理进行分析,提出一种永磁直线发电机弹簧机械阻抗和负载电阻抗的声学阻抗匹配设计方法。该方法以提高捕获声功为约束条件,实现声电转换效率最大。进一步地,在弹簧机械阻抗和负载容抗声学阻抗匹配时,给出发电机成为热声发动机声学阻性负载、声学感性负载和声学容性负载的阈值规律。最后搭建实验平台,通过建模、求解及分析设计,验证了发电机声学阻抗匹配方法的有效性,为热声发电系统(TAEGS)的设计提供理论依据。

热声发电系统自主协同起振控制策略

以热声发电系统(TAEGS)为应用背景,为了降低系统起振温度、缩短系统起振的时间,提出一种控制热声发电机电动运行将系统牵入谐振的自主协同起振综合控制策略,该控制策略以系统机械谐振时次级位移和初级电流相位差为90°作为频率跟踪控制的判定依据,通过采样次级位移和初级电流信号,经过改进二阶广义积分控制器输出相应的正交信号进行锁频,经过Park变换将交流信号变为直流信号,实现信号的无静差跟踪控制,进而使热声发电系统运行频率快速跟踪谐振频率。仿真分析和实验验证结果表明,所提出的起振控制策略既能使热声发电系统运行频率快速跟踪谐振频率,提高系统输出功率;又可改进二阶广义积分控制器,有效滤除检测信号的采样噪声和高频干扰,提高控制器的稳定性。

热声发电系统双功率优化运行阻抗匹配分析

为获得圆环体拓扑结构的热声发电系统最大电功输出,提出带有可变电负载的动磁式直线发电机声学阻抗匹配设计方法。通过声力电类比方法建立系统捕获声功和输出电功的数学模型。结合热声发动机机械结构和气体工作介质特征,分析弹簧机械阻抗和电负载阻抗对系统声学阻抗的影响,给出双功率优化运行的发电机声学阻抗匹配设计方法。该方法以提高声功捕获为约束条件,实现热声发电系统输出电功最大。用MATLAB程序和热声发电系统模拟实验平台验证双功率优化运行阻抗匹配方法。双功率优化运行的发电机声学阻抗匹配设计方法简单易行,为热声发电系统控制器的设计提供理论指导。

热声发电蓄电池系统最大充电功率捕获策略

目的研究行波热声发电蓄电池系统(TWTEGB)的组成结构,探索提高行波热声发电系统(TWTAEG)输出电功率稳定性和TWTEGB充电功率捕获能力的技术方法.方法根据热动力学原理,电磁感应定律和基尔霍夫定律建立了TWTEGB最大充电功率捕获控制系统模型,设计了采用Buck-Boost变换器对TWTAEG输入到蓄电池的充电电压进行斩波控制方式,实现TWTEGB最大充电功率捕获控制策略的MOSEFT开通与关断的切换方法.结果结合TWTAEG的运动学及输出电特性设计了AC/DC变换器开关管MOSEFT最优开通与关断的切换时间,利用脉冲宽度调制技术对TWTAEG输出电压进行控制,将TWTAEG输出的交变电能储存进蓄电池提高TWTEGB充电功率捕获能力.利用灶台余热TWTAEG数据进行仿真,TWTEGB捕获充电功率的能力比现有直接充电方式提高了26.6%.结论采用考虑TWTEGB运动特性和输出电特性设计的Buck-Boost变换器结构及其MOSEFT开通与关断的切换方法,不仅能提高蓄电池子系统从TWTEGB中捕获充电功率的能力,而且还可以提高TWTAEG输出电功率的能力及稳定性.

热声热机系统振荡频率的理论计算与实验验证

以热声发动机为例采用网络模型计算了热声热机系统的振荡频率 ,得出振荡频率为复频率 ,其实部代表实际频率 ,虚部表示压力幅值的衰减程度。对热机系统在各种不同的情况下 (包括不同大小的谐振腔、板叠间距、气体静压、系统长度 )进行了数值计算 ,理论计算值与实验结果能很好的吻合。

热声驱动系统中的压力测量

介绍了自制的用于热声驱动脉管制冷装置的计算机压力波数据采集系统。该系统由硅压电压力传感器、数据采集卡、PC机和基于 Labview软件的图形化用户界面 GUI( Graphical User In-terface)组成。试验证明 ,它具有结构简单、高效精确、操作简便等特点 ,在捕捉被测系统内的动态压力变化方面具有优势 ,不但能很好地满足热声驱动器的压力测量要求 。

热声发电系统最大声功捕获特性分析

为了使热声发电系统实现最大声功捕获,提出一种基于热声发电系统声学阻抗设计方法,通过选择合适弹簧刚度系数和谐振电容参数使热声发电系统声学阻抗匹配捕获声功最大.根据相似定理和热声发电系统声学阻抗流源机理,采用类电路相量法建立声功捕获模型,推导声功函数与各元件参数关系.以直线发电机安全运行为约束条件,推导出直线发电机弹簧刚度系数和谐振电容设计表达式,通过数值计算和实验验证了优化设计方法的合理性.

智能矿物包体热声测温系统

该文介绍了一种基于爆裂法测定矿物包体原理、利用已有矿物包体测温仪．由微机控制进行数据采集、传输、存贮、处理于一体的智能化系统，系统设计合理，采用了有效的软硬件抗干扰措施，运行稳定可靠．具有通用性。

太阳能热声发电系统热电转换性能仿真研究

太阳能驱动的热声发电系统是一种具有广泛应用价值的新型发电系统。本文提出的太阳能热声发电系统以高倍环形菲涅尔聚光器对太阳能进行集热,然后采用行波热声发电系统进一步将太阳能热量转换为电能。该系统采用光学软件Lighttools对新型太阳能驱动的环形菲涅尔聚光器进行光学仿真,计算出聚光器的集热功率,并将集热功率的计算结果与热声模拟软件DeltaEC相结合,对太阳能热声发电系统热电转换性能进行了仿真研究。研究结果证明,所提出的太阳能热声发电系统可行,并为后续的实验研究提供了理论依据。

板叠参数对热声转换系统性能影响的试验研究

设计了二分之一波长的驻波型热声转换系统,对板叠的位置、结构等参数进行了计算分析,通过试验研究了板叠参数(板叠孔径、孔隙壁厚、长度以及板叠中心在驻波管内的位置)和输入工作频率对该系统的影响。

非线性热声理论的研究进展

主要总结了热声系统中的非线性热声现象,指出了线性热声理论的不足,回顾了近十年来国内外热声工作者为解释这些非线性现象所做的理论探索,对其发展方向进行了展望。

热声谐振管材质的优选设计

从热动力学角度分析了弛豫过程的特征,指出其在不同的热声部件中产生的不同效应.针对热声谐振管,建立了描述弛豫过程的工程化模型,避免了求解气固耦合系统斯托克斯方程组的困难.该模型求得了固体热边界层内的温差分布,得出了与Swift分析等价的优选指标.计算结果表明:采用氦气作气体工质、用聚酯作谐振管时,壁面与气体微团的温差比较大,弛豫引起的耗散较小.因此在做热声谐振管的优化设计时,一定要考虑管材与气体的匹配关系,尽量减小谐振管内的耗散损失.